Linux內(nèi)存管理和進程調(diào)度的實時化研究與改進.pdf

1、隨著計算機，網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)地發(fā)展，實時系統(tǒng)越來越多得被應(yīng)用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、實時監(jiān)控，多媒體等領(lǐng)域。這些新的實時網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的出現(xiàn)給實時系統(tǒng)地發(fā)展提出了新的要求和挑戰(zhàn)。同時，隨著開源項目的興起，作為典型代表的Linux得到了迅速普及和發(fā)展，已成長為穩(wěn)定的、性能優(yōu)秀的操作系統(tǒng)。但是Linux本身是一個只是一個類UNIX的通用的操作系統(tǒng)，其在實時性能方面有著比較大的缺陷。然而基于Linux本身的特點，將其改造成為一個合適的實時系統(tǒng)是完全可行

2、的。 論文在深入分析和研究Linux2.4版本內(nèi)核源代碼的基礎(chǔ)上，結(jié)合實時操作系統(tǒng)的原理.選擇了對Linux在內(nèi)存管理和進程調(diào)度這兩方面進行研究和實時化改進，取得了顯著的效果。 首先通過對內(nèi)核代碼的分析，了解到Linux的內(nèi)存管理是采用了虛擬內(nèi)存管理的方式，使得系統(tǒng)中的每個進程可以使用比實際內(nèi)存多很多的虛擬內(nèi)存,提高了系統(tǒng)內(nèi)存的使用效率。但正是由于虛擬內(nèi)存的存在，使得進程每次獲得的內(nèi)存都是先分配虛擬內(nèi)存，在分配物理內(nèi)存。

3、系統(tǒng)對物理內(nèi)存的分配總是會放在最后一步，即在相關(guān)指令執(zhí)行的時候才進行，而且也僅將進程所需要的部分內(nèi)存分配給進程。當進程所需要的頁面不在內(nèi)存時，系統(tǒng)會發(fā)生缺頁中斷，將進程所需的頁面調(diào)入內(nèi)存，而這個中斷時間是不確定的，那么就必然不能滿足實時進程的需求，又考慮到虛擬內(nèi)存的強大功能，在不刪除虛擬內(nèi)存結(jié)構(gòu)的情況下，針對實時進程采用一次將實時進程所需的內(nèi)存全部分配的方法來完成在內(nèi)存管理這塊的改進。同時在研究分析的過程中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的空閑內(nèi)存總量需要

4、放在一個較高的量上才有可能使系統(tǒng)中有足夠的內(nèi)存可以滿足一般實時進程對內(nèi)存的需求，那么有必要提高系統(tǒng)中空閑內(nèi)存的數(shù)量，從而加快實時進程的響應(yīng)時間。 由于Linux的進程調(diào)度是采用的不可搶占式的內(nèi)核調(diào)度。其進程調(diào)度發(fā)生在每次中斷發(fā)生的時刻，因此要提高Linux在調(diào)度方面的實時性，改變時鐘中斷的粒度是首要工作。適當提高系統(tǒng)的時間粒度，可以有效地提高系統(tǒng)的實時性。但如果將時間粒度提到無限高，則系統(tǒng)會頻繁發(fā)生時鐘中斷，從而嚴重影響系統(tǒng)性能